武汉理工大学机械设计考研课件3.

1、 6-1 6-1 螺纹的主要参数及类型螺纹的主要参数及类型 6-2 6-2 螺旋副的分析螺旋副的分析、效率和自锁、效率和自锁 6-3 6-3 螺纹联接和螺纹联接件螺纹联接和螺纹联接件 6-4 6-4 螺栓联接的强度计算螺栓联接的强度计算 6-5 6-5 螺纹联接的结构设计螺纹联接的结构设计 螺栓螺栓 *. 本章的主要内容本章的主要内容 1. 螺纹类型及主要参数螺纹类型及主要参数;螺纹联接的主要类型、特点及应用螺纹联接的主要类型、特点及应用; 2 . 螺旋副的受力、效率及自锁螺旋副的受力、效率及自锁,预紧和防松预紧和防松; 3 . 螺栓的强度计算螺栓的强度计算; 4 . 螺栓组的结构设计螺栓组的

2、结构设计. D p 螺母螺母 垫圈垫圈 6-1 螺纹的主要参数及类型螺纹的主要参数及类型 一一. 螺纹形成原理螺纹形成原理 将一倾斜角为将一倾斜角为的直线绕的直线绕 在圆柱体上就形成一条螺旋线在圆柱体上就形成一条螺旋线 。取一平面图形使其沿螺旋线。取一平面图形使其沿螺旋线 运动，该平面图形在空间的轨运动，该平面图形在空间的轨 迹即为螺纹。迹即为螺纹。 二二 常用螺纹类型常用螺纹类型 按螺纹绕行按螺纹绕行 方向分类方向分类 左旋螺纹左旋螺纹自右下方向左上自右下方向左上 方绕行的螺纹方绕行的螺纹 右旋螺纹右旋螺纹自左下方向右上自左下方向右上 方绕行的螺纹方绕行的螺纹 左左旋旋右右旋旋 d2 ph

3、d2 按螺纹牙分按螺纹牙分 的表面分类的表面分类 外螺纹外螺纹在圆柱外表面上形成的螺纹，如螺栓在圆柱外表面上形成的螺纹，如螺栓、 螺钉螺钉 内螺纹内螺纹在圆柱空内壁上形成的螺纹，如螺母在圆柱空内壁上形成的螺纹，如螺母 内螺纹内螺纹 外螺纹外螺纹 螺杆螺杆 螺母螺母 按螺纹牙的牙型分类按螺纹牙的牙型分类: 普通螺纹普通螺纹 牙型角牙型角=60，当量摩擦系数较大，自锁性能当量摩擦系数较大，自锁性能 好，主要好，主要用于连接用于连接。 圆柱管螺纹圆柱管螺纹牙型角牙型角=55，用于压力用于压力p1.57MPa1.57MPa的的管子管子连接连接 矩形螺纹矩形螺纹牙型角牙型角=0，当量摩擦系数小，效率高，

4、当量摩擦系数小，效率高，用于传动用于传动 梯形螺纹梯形螺纹牙型角牙型角=30，牙根强度高，效率较高，易保证加工精度，广泛牙根强度高，效率较高，易保证加工精度，广泛 用于传动用于传动。 锯齿形螺纹锯齿形螺纹牙型斜角两边不相等，工作面牙型斜角两边不相等，工作面=3,非工作面非工作面= 30，效率较三，效率较三 角形螺纹高，角形螺纹高，只能用于单向传动只能用于单向传动。 60 30 普普 通通 螺螺 纹纹 内螺纹内螺纹 p 外外螺纹螺纹 d d2 d1 矩形螺纹矩形螺纹 内螺纹内螺纹p 外螺纹外螺纹 d1 d2 d 30 15 内螺纹内螺纹 p 外外螺纹螺纹 d d2 d1 梯形螺纹梯形螺纹 锯齿形

5、螺纹锯齿形螺纹 d d2 d1 内螺纹内螺纹 p 外外螺纹螺纹 3 30 p 圆圆 柱柱 管管 螺螺 纹纹 d 内螺纹内螺纹 d2 d1 外外螺纹螺纹 55 按螺纹线按螺纹线 数分类数分类 单线螺纹单线螺纹 Z=1，效率低，自锁性好，易加工，效率低，自锁性好，易加工 三线螺纹三线螺纹Z=3，效率高，自锁性差，难加工，效率高，自锁性差，难加工 双线螺纹双线螺纹Z=2，效率较，效率较Z=1 高高 单线螺纹单线螺纹 双线螺纹双线螺纹 三线螺纹三线螺纹 三三. 螺纹的主要参数螺纹的主要参数以圆柱普通外（内）螺纹为例来说明以圆柱普通外（内）螺纹为例来说明 Ph P d d2 d1 1 .大径大径d：外、

6、内螺纹的最大直径，为螺纹的公称直径（管螺纹除外）外、内螺纹的最大直径，为螺纹的公称直径（管螺纹除外） 2 .小径小径d1：与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相重合的假想圆柱上面的直径。与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相重合的假想圆柱上面的直径。 在强度计算中常用作危险截面的计算直径。在强度计算中常用作危险截面的计算直径。 3 .中径中径d2：处于大径和小径之间的一个假想圆柱的直径，在该圆柱的母线处于大径和小径之间的一个假想圆柱的直径，在该圆柱的母线 上螺纹牙厚度与牙槽宽度相等。上螺纹牙厚度与牙槽宽度相等。 4 .螺距螺距P ： 相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。 5

7、 .导程导程Ph ：螺纹上任一点沿螺旋线绕一周所移过轴向距离。螺纹上任一点沿螺旋线绕一周所移过轴向距离。Ph= zP。 6 .升角升角 ：螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹 角，通常用中径处的升角角，通常用中径处的升角表示。其计算式为：表示。其计算式为： 2 d P tan h 7 .牙型角牙型角：在螺纹轴线平面内螺纹牙两侧面的夹角在螺纹轴线平面内螺纹牙两侧面的夹角 。螺纹牙型的侧。螺纹牙型的侧 边与螺纹轴线的垂线间的夹角称为牙型斜角边与螺纹轴线的垂线间的夹角称为牙型斜角 。对于三角形、。对于三角形、 梯形螺纹等对称牙型，梯形螺纹等对称牙型， =/

8、2。 内螺纹内螺纹 外螺纹外螺纹 1 .大径大径d：与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相切的圆柱直径，规定为螺纹的公与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相切的圆柱直径，规定为螺纹的公 称直径（管螺纹除外）。称直径（管螺纹除外）。 2 .小径小径d1：与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相相切圆柱体直径。在强度计算中与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相相切圆柱体直径。在强度计算中 常用作危险截面的计算直径。常用作危险截面的计算直径。 3 .中径中径d2：处于大径和小径之间的一个假想圆柱的直径，在该圆柱的母线处于大径和小径之间的一个假想圆柱的直径，在该圆柱的母线 上螺纹牙厚度与牙槽宽度相等。上螺纹牙厚度与牙槽宽度相等。 4 .螺距螺距P ：

9、 相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。 5 .导程导程Ph ：螺纹上任一点沿螺旋线绕一周所移过轴向距离。螺纹上任一点沿螺旋线绕一周所移过轴向距离。Ph= zP。 7 .牙型角牙型角：在螺纹轴线平面内螺纹牙两侧面的夹角在螺纹轴线平面内螺纹牙两侧面的夹角 。螺纹牙型的侧。螺纹牙型的侧 边与螺纹轴线的垂线间的夹角称为牙型斜角边与螺纹轴线的垂线间的夹角称为牙型斜角 。对于三角形、。对于三角形、 梯形螺纹等对称牙型，梯形螺纹等对称牙型， =/2。 6 .升角升角 ：螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹 角，通常用中径

10、处的升角角，通常用中径处的升角表示。其计算式为：表示。其计算式为： 2 d P tan h 牙型角牙型角=0=0） 一）拧紧螺母时一）拧紧螺母时相当相当于滑块沿斜面等速上升运动相当相当于滑块沿斜面等速上升运动 dd () 22 11 t tanFFT Q r+拧紧力矩: ()tanFF Qt r+水平力: ()()r+ r+ tan tan tandF tandF T PF W W Q QhQ 2 2 1 2 2 效率：效率： Ft FQ Ft Ft FQ Ft FQFf FRn FR v FR + 二）松脱螺母时二）松脱螺母时相当于滑块沿斜面等速下降相当于滑块沿斜面等速下降 Ft FQ Ff

11、 FRn FR v FR FQ Ft - 当滑块在当滑块在FQ Q作用下沿斜面等速下作用下沿斜面等速下 降时，滑块上的摩擦力降时，滑块上的摩擦力Ff沿斜面向上，沿斜面向上， 斜面对滑块的总反力斜面对滑块的总反力FR与与FQ之间夹角之间夹角 为为-，由力三角形可的水平力：由力三角形可的水平力： )tan(FF Qt r 三）螺旋副的自锁条件三）螺旋副的自锁条件 由松脱螺母时由松脱螺母时的水平力计算式可知，若的水平力计算式可知，若，则，则FtFt为负值。表明要使为负值。表明要使 滑块在滑块在FQ Q作用下沿斜面等速下滑，必须加一反方向的作用下沿斜面等速下滑，必须加一反方向的水平力水平力F Ft t

12、，否则不论，否则不论F FQ Q力有力有 多大，多大，滑块都不会在其作用下自行下滑，即螺母不会在轴向载荷滑块都不会在其作用下自行下滑，即螺母不会在轴向载荷F FQ Q作用下自行松作用下自行松 脱脱此现象称为自锁。此现象称为自锁。 螺旋副的自锁条件：螺旋副的自锁条件： 牙型角牙型角00） FQ Q FQ Q FRn FRn 矩形螺纹：矩形螺纹： FRn= FQ Q F Ff f= =FRnf f= FQ Q f 摩擦角摩擦角=arctanf=arctanf 非矩形螺纹：非矩形螺纹： FRn = FQ Q/cos/cos F F f f= = FRn f f= FQ Q f /cos /cos=

13、= FQ Q fv 摩擦角摩擦角v v=arctanf=arctanfv v () () 22 ： ： 22 t d tanF d FT tanFF VQ VQt r+ r+ 拧紧力矩 水平力 () V tan tan r+ 效率：效率： 非矩形非矩形螺旋副的自锁条件：螺旋副的自锁条件： v v 一）螺栓联接一）螺栓联接 螺栓联接是利用螺栓穿过被联接件的孔，拧上螺螺栓联接是利用螺栓穿过被联接件的孔，拧上螺 母，将被联接件联成一体。其被联接件的孔内不切制螺纹，使用方便。母，将被联接件联成一体。其被联接件的孔内不切制螺纹，使用方便。通常用通常用 被联接件不太厚，能从被联接件不太厚，能从被联接件被联

14、接件两边进行装配的场合。两边进行装配的场合。 6-3 螺纹联接和螺纹联接件螺纹联接和螺纹联接件 一一. 螺纹联接的基本类型螺纹联接的基本类型 结构特点结构特点：被联接件通孔和螺栓间有间隙被联接件通孔和螺栓间有间隙故通孔加工精度要求较低，其故通孔加工精度要求较低，其 结构简单、装拆方便，应用广泛。结构简单、装拆方便，应用广泛。 普通螺栓联接普通螺栓联接 1. 普通螺栓（即受拉螺栓）联接普通螺栓（即受拉螺栓）联接 受力特点：受力特点： d d0 FR FR 联接承受外载荷时，联接承受外载荷时，螺栓受拉力作用螺栓受拉力作用 F F 2. 2. 铰制孔用螺栓（即受剪螺栓）联接。铰制孔用螺栓（即受剪螺栓

15、）联接。 结构特点结构特点：被联接件孔和螺栓杆之间常采用基孔制过渡配合被联接件孔和螺栓杆之间常采用基孔制过渡配合（H7/m6， H7/n6）。用于要求精确固定被联接件相对位置，并能承受横向）。用于要求精确固定被联接件相对位置，并能承受横向 载荷，但孔的加工精度要求较高。载荷，但孔的加工精度要求较高。 铰制孔用螺栓联接铰制孔用螺栓联接 普通螺栓联接普通螺栓联接 a l1 d d0 FR FR d d0 FR FR F F 受力特点：受力特点：联接借助螺栓杆承受横向外载荷，螺栓受剪力作用。联接借助螺栓杆承受横向外载荷，螺栓受剪力作用。 特点特点是：将螺栓一端旋紧在一被联接件的螺纹孔内，另一端穿过另

16、一是：将螺栓一端旋紧在一被联接件的螺纹孔内，另一端穿过另一 被联接件的孔，旋上螺母，从而将被联接件联成一体。被联接件的孔，旋上螺母，从而将被联接件联成一体。 二）双头螺柱联接二）双头螺柱联接 应用应用：用于被联接件之一太厚不便穿孔，且需经常装拆：用于被联接件之一太厚不便穿孔，且需经常装拆或结构上受限制或结构上受限制 不能采用螺栓联接的场合。不能采用螺栓联接的场合。 注意：被联接件上螺纹孔底部正确绘制注意：被联接件上螺纹孔底部正确绘制 d 特点：特点：螺钉联接不用螺母，而是直接将螺钉拧入被联接件之一的螺纹螺钉联接不用螺母，而是直接将螺钉拧入被联接件之一的螺纹 孔内，从而实现联接。孔内，从而实现联

17、接。 三）螺钉联接三）螺钉联接 应用：应用：用于被联接件之一较厚的场合，不经常装拆联接的场合。用于被联接件之一较厚的场合，不经常装拆联接的场合。 注意：被联接件上螺纹孔底部正确绘制注意：被联接件上螺纹孔底部正确绘制 特点：特点：紧定螺钉联接，是利用紧定螺钉联接，是利用 紧定螺钉旋入一零件，并以其末端紧定螺钉旋入一零件，并以其末端 顶紧另一零件（或该零件的的凹坑顶紧另一零件（或该零件的的凹坑 内）来固定两零件之间的相互位置内）来固定两零件之间的相互位置 四）紧定螺钉联接四）紧定螺钉联接 应用：应用：可用于传递不大的力及转可用于传递不大的力及转 矩，多用于轴和轴上零件的联接。矩，多用于轴和轴上零件

18、的联接。 二二. 螺纹联接件螺纹联接件 紧定螺钉联接紧定螺钉联接 一）螺栓一）螺栓 s e d b l k 六角头螺栓六角头螺栓 k l b d 二）双头螺栓二）双头螺栓两端均制有螺纹，两端螺纹可相同（均为粗牙）也可两端均制有螺纹，两端螺纹可相同（均为粗牙）也可 不同（一端为粗牙，另一端为细牙）。不同（一端为粗牙，另一端为细牙）。 s e d l0 l k dP l2 六角头铰制孔用螺栓六角头铰制孔用螺栓 d0 三）地脚螺栓三）地脚螺栓是将机座固定在地基上一种特殊螺栓。是将机座固定在地基上一种特殊螺栓。 四）螺钉四）螺钉、紧定螺钉紧定螺钉螺钉头部螺钉头部、紧定螺钉末端有多种结构型式紧定螺钉末端

19、有多种结构型式 地脚螺栓地脚螺栓螺钉头部结构型式螺钉头部结构型式 外六角头外六角头 内六角头内六角头 一字槽沉头一字槽沉头 十字槽沉头十字槽沉头 十字槽半圆头十字槽半圆头 一字槽圆柱头一字槽圆柱头 锥端锥端平端平端圆柱端圆柱端尖锥端尖锥端 紧定螺钉末端结构紧定螺钉末端结构 五）螺母五）螺母 六角薄螺母六角薄螺母 六角厚螺母六角厚螺母 六角槽形螺母六角槽形螺母圆螺母圆螺母 六）六） 垫圈垫圈 平垫圈平垫圈斜垫圈斜垫圈 弹簧垫圈弹簧垫圈圆螺母用带翘圆螺母用带翘 垫圈垫圈 6-4 螺栓联接的强度计算螺栓联接的强度计算 一一. 螺栓联接强度计算的目的：螺栓联接强度计算的目的：是是 确定螺栓的公称直径确

20、定螺栓的公称直径d 二二. 螺栓联接的失效形式及计算准则螺栓联接的失效形式及计算准则 2 .受剪螺栓受剪螺栓（受横向载荷的铰制孔螺受横向载荷的铰制孔螺 栓）栓）主要破坏形式为螺栓杆与孔壁主要破坏形式为螺栓杆与孔壁 间间压溃或螺栓杆被剪断压溃或螺栓杆被剪断，计算准则应是，计算准则应是 保证保证联接的挤压强度和螺栓的剪切强联接的挤压强度和螺栓的剪切强 度度，其中联接的挤压强度对联接的可靠，其中联接的挤压强度对联接的可靠 性起决定性的作用。性起决定性的作用。 1 .受拉螺栓受拉螺栓（受轴向载荷或横向载荷受轴向载荷或横向载荷 的普通螺栓）的普通螺栓）主要破坏形式为主要破坏形式为螺栓螺栓 杆和螺纹部分可

21、能发生杆和螺纹部分可能发生塑性变形或断裂塑性变形或断裂 ，其计算准则是：其计算准则是：保证螺栓的静力（或保证螺栓的静力（或 疲劳）拉伸强度。疲劳）拉伸强度。 普通螺栓联接普通螺栓联接 d d0 FR FR F F 铰制孔用螺栓联接铰制孔用螺栓联接 a l1 d d0 FR FR 压压 溃溃 剪断剪断 吊环螺栓联接（松）吊环螺栓联接（松） F F0 气缸盖螺栓联接（紧）气缸盖螺栓联接（紧） 三三. 螺栓联接的强度计算螺栓联接的强度计算 按装配情况螺栓联按装配情况螺栓联 接可分为两大类接可分为两大类 松松螺栓联接螺栓联接装配时不需拧紧螺母如吊环螺栓联接装配时不需拧紧螺母如吊环螺栓联接 紧螺栓联接紧

22、螺栓联接装配时必须将螺母拧紧，应用广泛。装配时必须将螺母拧紧，应用广泛。 如气缸盖螺栓联接等。如气缸盖螺栓联接等。 一）受轴向载荷一）受轴向载荷（力作用线与螺栓轴线平行）（力作用线与螺栓轴线平行）的螺栓连接的螺栓连接 D p F 螺栓危险剖面的抗拉强度条件为：螺栓危险剖面的抗拉强度条件为： 1. 1. 松螺栓联接松螺栓联接 螺栓受力螺栓受力 工作载荷前，螺栓并不受力工作载荷前，螺栓并不受力 工作时受拉力工作时受拉力F（由外加载荷产生）（由外加载荷产生） 2 1 2 1 4 4d F d F A F MPa 校核计算式：校核计算式： 设计计算式：设计计算式： Q ca F d 4 1 mm 式中

23、：式中： d d1 1 螺栓危险剖面直径，即螺纹小径，螺栓危险剖面直径，即螺纹小径，mm； 螺栓的公称直径螺栓的公称直径d确定：确定：根据根据d1d1ca的原则的原则查普通螺纹基本尺寸（查普通螺纹基本尺寸（GB196-GB196- 8181）机械设计课程设计机械设计课程设计表表11-111-1，确定螺栓的公称直径，确定螺栓的公称直径d d。 松螺栓联接的许用应力松螺栓联接的许用应力，Mpa， , S s 松松 s 螺栓材料的屈服极限螺栓材料的屈服极限 S松 松松螺栓联接的安全系数 松螺栓联接的安全系数，S=1.21.7 吊环螺栓联接吊环螺栓联接 公称直径（公称直径（mm） 螺螺 距（距（p）

24、mm 中中 径（径（d2） mm 小小 径（径（d1） mm 第一系列第一系列 第二系列第二系列 8 1.257.1886.647 1.007.3506.917 0.757.5187.188 10 1.59.0268.376 1.259.1888.647 1.009.3508.917 0.759.5139.188 12 1.7510.86310.106 1.511.02610.376 1.2511.18810.674 1.011.35010.917 142.012.70111.835 1.513.02612.376 8 6.647 10 8.376 12 10.106 普通螺纹基本尺寸（普通螺纹基本尺寸（GB196-81GB196-81） 课程设计课程设计表表11-111-1 14 11.835 6-5 螺纹联接的结构设计螺纹联接的结构设计 一一. 螺纹联接防松螺纹联接防松 防松的根本目的在于防止螺纹副间的相对转动。防松的措防松的根本目的在于防止螺纹副间的相对转动。防松的措 施很多，按工作原理可分为如下三类。施很